Search for new heavy charged gauge bosons

Magaß, Carsten; Hebbeker, Thomas

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-20818

Search for new heavy charged gauge bosons = Suche nach neuen schweren Eichbosonen

Magaß, Carsten

2007

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Carsten Magaß

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2007

UmfangVII, 216 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Zusammenfassung in engl. und dt. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Hebbeker, Thomas (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2007-11-02

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-20818
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62525/files/Magass_Carsten.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Speicherring (Genormte SW) ; Tevatron (Genormte SW) ; Datenanalyse (Genormte SW) ; Physik (frei) ; D0 Detector (frei) ; New Phenomena (frei) ; Extra Gauge Bosons (frei) ; Search (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530
pacs: 14.70.Pw * 12.60.Cn * 13.85.Rm

Kurzfassung
Seit März 2001 werden am Tevatron-Beschleuniger auf dem Forschungsgelände Fermilab (nahe Chicago/USA) Protonen und Antiprotonen bei einer Schwerpunktsenergie von 1.96 TeV zur Kollision gebracht. Die vorliegende Analyse verwendet Daten, die mit dem D0-Detektor bis zum Februar 2006 aufgenommen wurden und einer integrierten Luminosität von etwa 1 inversen femtobarn entsprechen. In diesem Datensatz wird nach einem neuen schweren geladenen Eichbosonen W' und dessen Zerfall in ein Elektron und ein Neutrino gesucht. Zusätzliche Eichbosonen (das Pendant zum Z-Boson, das Z', eingeschlossen) kommen in zahlreichen Erweiterungen des Standardmodells der Teilchenphysik vor. Im Allgemeinen können durch die neue Eichgruppe Mischungswinkel und neue Kopplungen auftreten. In dieser Analyse wird das Referenzmodell von Altarelli - eine Verallgemeinerung des manifesten links-rechts-symmetrischen Modells mit leichten rechtshändigen Neutrinos - herangezogen. Hier werden die Annahmen gemacht, dass das neue Eichboson W' dieselben Kopplungen wie das W-Boson im Standardmodell hat und dass es keine Mischungen enthält. Somit stellt das W' eine schwere Kopie des W-Bosons aus dem Standardmodell dar. Die klare Zerfallssignatur (identisch zum W-Zerfall) enthält ein isoliertes, hochenergetisches Elektron, welches den Trigger auslöst. Das Neutrino kann nicht detektiert werden; es zeigt sich jedoch durch fehlende Energie im Detektor. Der vom W-Zerfall stammende Jacobi-Peak im Spektrum der transversalen Masse wird zur Kalibration verwendet, während der Bereich höchster transversaler Massen auf Anwesenheit eines W'-Signals untersucht wird. Die in den Daten gemessenen Ereignisse sind verträglich mit der Erwartung von Untergrundereignissen. So werden beispielsweise für transversale Massen oberhalb von 300 GeV in den Daten 37 Ereignisse rekonstruiert, während 37.1 +/- 2.1 (stat) (+6.0)/(-3.7) (sys) Untergrundereignisse vorhergesagt werden. Da kein signifikanter Überschuss in den Daten erkennbar ist, können obere Ausschlussgrenzen auf den Produktionswirkungsquerschnitt von schweren geladenen Eichbosonen und deren Zerfall in Elektron und Neutrino angegeben werden. Daraus ergibt sich bei einem Vertrauensniveau von 95% eine untere Grenze auf die Masse des neuen Eichbosons von m(W') > 1002 GeV.

The Tevatron proton-antiproton collider at Fermilab (near Chicago/USA) is operating at a center-of-mass energy of 1.96 TeV since March 2001. This analysis uses data taken with the D0 detector until February 2006 corresponding to an integrated luminosity of about 1 inverse femtobarn. Using this dataset, a search for a new heavy charged gauge boson W' and its subsequent decay into an electron and a neutrino is performed. Additional gauge bosons (including the equivalent to the Z, the Z') are introduced in many extensions to the Standard Model of particle physics. Assuming the most general case, the new gauge group can comprise a new mixing angle and new couplings. Here, the Altarelli Reference Model is considered which represents a generalization of the Manifest Left-Right Symmetric Model with light right-handed neutrinos. This model makes the assumptions that the new gauge boson W' has the same couplings as the Standard Model W boson and that there is no mixing. Hence, the W' is a heavy copy of the Standard Model W boson. The clear decay signature (in analogy to the decay of the W) contains an isolated electron with extreme high energy which is important for triggering. The neutrino can not be detected, but it gives rise to missing energy in the detector. The Jacobian peak in the transverse mass distribution stemming from the W decay is used for calibration, whereas the tail of the transverse mass distribution is searched for a possible W' signal. The data agrees with the expectation from background processes. For instance, in the data 37 events are reconstructed with transverse masses above 300 GeV compared to a prediction of 37.1 +/- 2.1 (stat) (+6.0)/(-3.7) (sys) background events. Since no significant excess is found in the data, an upper limit is set on the production cross section for heavy charged gauge bosons decaying into electron and neutrino. Using this limit, a lower bound on the mass of the new gauge boson can be derived at the 95% confidence level, m(W') > 1002 GeV.

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